近日,美國國家干細胞基金會(NSCF)公布,來自生物技術公司Aspen Neuroscience和紐約干細胞基金會(NYSCF)研究所的一支科研團隊將執行一項前所未有的任務:他們即將向國際空間站發射第一批特殊的3D細胞模型——神經類器官,它們由源于患者的誘導多能干細胞(iPSC)形成,有望為解決難以治愈的神經退行性疾病提供新的視角。該任務計劃于美東時間12月4 日上午從佛羅里達州的肯尼迪航天中心發射升空。


首批批特殊的類器官即將送往國際空間站 有望治療神經退行性疾病

▲本次科研任務將通過SpaceX第19次商業補給服務任務(CRS-19)發送到國際空間站,此前研究團隊已通過CRS-18完成了預實驗(圖片來源:NYSCF官網)


這項太空任務的主要目標在于研究帕金森?。≒D)和多發性硬化癥(MS)。這是兩種常見的神經退行性疾病,在全世界范圍內影響人數眾多。這兩種疾病會在患者腦中造成不同部位的神經細胞不斷死亡,導致運動、認知等功能出現越來越嚴重的問題,然而目前還沒有治愈的方法。


因此,科學家們希望借助極具創新的疾病研究方法,理解腦細胞開始死亡的原因,并為患者提供潛在的新藥物和細胞治療選擇。


“我們很高興能在太空中合作研究進行性多發性硬化和帕金森病患者的腦細胞。這項工作將為這些疾病的背后機制和未來的治療目標提供重要見解?!盢YSCF首席執行官Susan L. Solomon女士說。


首批批特殊的類器官即將送往國際空間站 有望治療神經退行性疾病

▲這項研究由美國NSCF資助,NYSCF和Aspen Neuroscience的研究人員聯手主持,太空技術公司Space Tango提供運輸和太空中培養細胞的實驗平臺(圖片來源:NYSCF官網)


傳統的研究中,生物學家通過小鼠模型對神經退行性疾病做出了很多基礎研究,然而,要真正解決人腦的疾病,動物模型顯現出了局限性。一方面,小鼠模型難以重現PD和MS的疾病特征,另一方面直接獲得人腦開展研究又有種種倫理和技術上的困難。因此,干細胞研究,尤其是利用人類的誘導多能性干細胞(iPSC)培養類器官,成為一個突破口。


此次研究的主要負責人之一、NYSCF的資深研究員Valentina Fossati博士開創了一項技術,可以在實驗室中將來自患者的細胞培養為包括神經元和小膠質細胞在內的類器官。類器官是一種可模擬人體器官的細胞聚集模型,因此可以觀察細胞在三維空間的發育和功能。


在太空環境中,利用干細胞分化形成的類器官,研究人員有機會以一種地球上不可能的方式查看細胞的相互作用、信號傳導、遷移、基因表達變化以及兩種疾病共有的神經炎癥通路,等等。


首批批特殊的類器官即將送往國際空間站 有望治療神經退行性疾病

▲從iPSC分化產生的小膠質細胞


其中,研究者特別關注小膠質細胞的行為。這是因為,近些年越來越多的研究證據顯示,免疫系統在神經退行性疾病中起著不可忽視的作用。小膠質細胞作為腦中唯一一種免疫細胞,自然成為了很多神經科學家的關注熱點。


“小膠質細胞在腦中不斷地搜尋危險信號,而在神經退行性疾病中它們似乎表現得有些過激,神經元死亡與此有關?!盕ossati博士解釋,“力會影響這些細胞的行為,而微重力可以提供一個獨一無二的環境幫助我們厘清這些細胞在健康狀態和疾病狀態的行為?!?


首批批特殊的類器官即將送往國際空間站 有望治療神經退行性疾病


過去20年里,國際空間站的建立和使用為在太空環境下研究人體提供了實驗條件。今年早些時候,《科學》雜志曾刊發了一篇長達20頁的論文,比對了雙胞胎宇航員分別身處太空和地球的大量生理數據,展現出太空生活給人體帶來的種種神奇變化。


而此次的太空科研任務除了可以幫助研究人員揭示兩種神經退行性疾病的可能原因,還將有助于闡明太空生活對健康宇航員的細胞有何影響。


Aspen Neuroscience首席科學官Jeanne Loring博士表示:“我們對這個奇妙的項目感到興奮,期待研究結果?!?


關于類器官


類器官屬于三維(3D)細胞培養物,包含其代表器官的一些關鍵特性。此類體外培養系統包括一個自我更新干細胞群,可分化為多個器官器官特異性的細胞類型,與對應的器官擁有類似的空間組織并能夠重現對應器官的部分功能,從而提供一個高度生理相關系統 。

文章來源: 學術經緯

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